用于铁路边坡变形监测的光纤倾角传感器研究

发布时间：2023-10-22 11:27

　　随着我国铁路建设的飞速发展,铁路沿线的边坡变形失稳问题变得愈发严峻。边坡失稳不仅会造成重大的财产损失和安全隐患,也是铁路建设和运营所面临的技术难题,迫切需要深入研究铁路边坡变形监测预警技术。通过适当的监测手段掌握铁路边坡的健康状况,特别是及时发现边坡变形危害,对确保铁路边坡安全意义重大。本文研究用于铁路边坡变形监测的倾角传感器,突破传感器设计中的关键技术,对建立实时在线监测系统,了解铁路边坡的结构健康安全状况,保障铁路边坡的安全和机车车辆运营安全具有十分重要的意义。本研究的主要工作内容如下:首先,对边坡变形监测的技术手段和应用情况进行归类和分析,总结了光纤传感技术在铁路边坡变形监测中的应用现状以及光纤倾角传感器的研究现状,提出了设计新型高灵敏度的光纤倾角传感器用于边坡变形监测。第二,设计了一种基于FBG的垂直摆式倾角传感器。为解决摆系在摆动过程中机械摩擦较大的问题,提出了一种新型的刀片―V槽小阻力转动结构,可以有效减小转动摩擦,显著提高了传感器的迟滞性、重复性等各项性能;通过最优化理论对传感器的结构参数进行了优化设计,提高了传感器的灵敏度;同时利用具有更高光谱分辨率的FBG-FP作为传...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 铁路边坡变形监测技术研究现状
        1.2.2 光纤传感技术在铁路边坡监测中的应用研究
        1.2.3 光纤倾角传感器的研究现状
    1.3 研究内容
第二章 光纤光栅倾角传感器的研制
    2.1 光纤光栅传感特性
        2.1.1 FBG传感基本原理
        2.1.2 FBG的应变传感原理
        2.1.3 FBG的温度传感原理
        2.1.4 FBG应变与温度耦合作用分析
    2.2 基于FBG的倾角传感器的研制
        2.2.1 新型垂直摆式FBG倾角传感器的总体结构与工作原理
        2.2.2 新型垂直摆式FBG倾角传感器的结构设计
        2.2.3 新型垂直摆式FBG倾角传感器的解调
        2.2.4 新型垂直摆式FBG倾角传感器的性能测试
        2.2.5 新型垂直摆式FBG倾角传感器的温度特性实验
    2.3 基于FBG-FP的倾角传感器的研制
        2.3.1 FBG-FP的传感特性
        2.3.2 垂直摆式FBG-FP倾角传感器的解调
        2.3.3 新型垂直摆式FBG-FP倾角传感器的结构优化设计
        2.3.4 优化后的光纤光栅倾角传感器的性能测试
    2.4 本章小结
第三章 白光干涉型光纤F-P倾角传感器的研制
    3.1 光纤白光F-P干涉传感原理
        3.1.1 光纤F-P干涉结构分类
        3.1.2 白光型非本征光纤F-P传感器的基本原理
    3.2 EFPI腔的设计与制作
        3.2.1 EFPI结构参数与器件的选择
        3.2.2 EFPI的制备
    3.3 基于EFPI的光纤倾角传感器结构设计
    3.4 白光干涉型光纤F-P倾角传感器的解调方案
    3.5 白光干涉型光纤F-P倾角传感器的传感特性实验
        3.5.1 传感器性能参数测试
        3.5.2 传感器长期稳定性测试
    3.6 本章小结
第四章 光纤倾角传感器的工程应用方案
    4.1 边坡深部变形监测
        4.1.1 基于光纤倾角传感器的边坡深部变形监测原理
        4.1.2 用于深部变形监测的光纤倾角传感器的安装
        4.1.3 测斜仪的埋设
    4.2 边坡地表变形监测
        4.2.1 基于光纤倾角传感器的边坡地表变形监测原理
        4.2.2 用于地表变形监测光纤倾角传感器的安装
    4.3 边坡变形监测系统
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3856426